Ein Roboterarm für die flexible Instrumentenführung in der Chirurgie:
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Berlin
2016
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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 1
1 1 Zielstellung 2
1 2 Aufbau der Arbeit 2
2 Robotersysteme für die Chirurgie 4
2 1 Telemanipulierte Operationsroboter 6
211 daVinci 7
212 neuro Arm 9
213 DLR-Medizinroboter 10
214 Raven-II 13
215 Telelap ALF-X 13
216 ZRSS 14
2 2 Assistenzroboter für die Chirurgie 15
221 AESOP 17
222 EndoAssist 17
223 LapMan 17
224 SOLOASSIST 18
225 DLR-Medizinroboter 18
226 Freehand 18
227 LER/ViKY 19
2 3 Passive Haltearme 19
231 EndoFreeze 20
232 POINTSETTER 21
233 EndoArm 21
2 4 Nicht-medizinische Roboterarme in Leichtbauweise 22
241 II WA 23
242 UR3, UR5 und UR10 24
243 JACO 24
3 Anforderungen an einen Roboterarm für die Chirurgie 26
3 1 Integration in den Operationssaal 27
311 Betrachtung des Operationssaals 27
312 Handhabbarkeit 28
313 Sterilität 29
314 Abgeleitete Anforderungen an die Integration 29
3 2 Mehrzwecktauglichkeit 30
321 Kinematik 30
322 Arbeitsraum 31
323 Traglast 32
324 Präzision 34
325 Kraftrückmeldung 34
326 Abgeleitete Anforderung an die Mehrzwecktauglichkeit 35
3 3 Sicherheit 35
331 Normen und Klassifizierung 37
332 Elektrische Sicherheit 38
333 Kollisions- und Klemmgefahren 39
334 Abgeleitete Anforderungen an die Sicherheit 40
3 4 Gebrauchstauglichkeit 40
341 Ergonomie 41
342 Benutzerfreundlichkeit 42
343 Effektor 43
344 Abgeleitete Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit 44
3 5 Wirtschaftlichkeit 45
351 Kosten 45
352 Investitionsmittel 46
353 Herstellungskosten 47
354 Abgeleitete Anforderungen zur Wirtschaftlichkeit 47
4 Konzept und Funktionsmuster eines Roboterarms für die flexible
Instrumentenführung 49
4 1 Konzept 50
411 Roboterarm am Operationstisch 50
412 Integrierte Zustandsausgabe 52
VI
413 Sichere Zusammenarbeit 53
414 Abgrenzung zum Stand der Technik 54
4 2 Mechanik 55
421 Kinematik 55
422 Strukturelemente 59
423 Entwurf 62
424 Instrumentenaufnahme 68
4 3 Antriebe 70
431 Auslegung 71
432 Dimensionierung 71
433 Getriebeeinheiten 75
434 Motoren 76
4 4 Elektronik 76
441 Motorsteuerplatine 77
442 Leuchtdioden 79
443 Übertragung der Daten und Energie 80
444 Schleifringübertragung 81
445 Steuerrechner 82
4 5 Kommunikation 84
451 CAN-Bus 84
452 Asynchrone Kommunikation 84
453 Protokoll 85
454 Sicherheitslauf 86
4 6 Steuerung 86
461 Kraft-Momenten-Sensor 87
462 Kraftregelung der Handführung 88
463 Kinematik 89
464 Feder-Dämpfer-Masse-Modell 89
465 Regelung 91
466 Arbeitsraum 91
4 7 Interaktion 93
471 Ein- und Ausgabemöglichkeiten 94
472 Zustände 95
VII
473 Ablauf 97
5 Evaluierung des Funktionsmusters 98
5 1 Diskussion der Umsetzungsmerkmale 98
511 Integration 99
512 Mehrzwecktauglichkeit 99
513 Sicherheit 100
514 Gebrauchstauglichkeit 100
515 Wirtschaftlichkeit 101
5 2 Erprobung des Roboterarms 101
521 Methode 101
522 Ergebnis 101
5 3 Bestimmung der Wiederholgenauigkeit 103
531 Methode 104
532 Ergebnis 106
5 4 Untersuchung der Eigenfrequenz 106
541 Methode 106
542 Ergebnis 106
5 5 Untersuchung der Nachgiebigkeit 107
551 Methode 107
552 Ergebnis 108
5 6 Belastungstest der Schleifringübertragung 109
561 Methode 110
562 Ergebnisse 111
6 Zusammenfassung und Ausblick 112
611 Übersicht der Arbeit 112
612 Resultat 113
613 Ausblick 114
7 Literaturverzeichnis 116 |
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Inhaltsverzeichnis
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